книги из ГПНТБ / Никифоровский Н.Н. Судовые электрические станции учеб. пособие

Электромагнитный момент синхронной машины выражается зави­ симостью

Зависимость движущего момента от времени определяется совокуп­ ностью дифференциальных уравнений, описывающих поведение его регулятора частоты вращения.

Для регулятора частоты вращения паровой турбины можно запи­ сать следующую систему дифференциальных уравнений:

где Тс — постоянная времени сервоусилителя;

а— относительное перемещение поршня сервоусилителя; Т3 — постоянная времени золотника.

Очевидно, при установившемся режиме = 0 и величина от­

носительного перемещения поршня золотника также равна нулю, как и ее производная. В силу этого обстоятельства очевидна справедли­ вость равенства

kB(со — 1) + Мдв = 0.

Следовательно, уравнения справедливы для статического регуля­ тора частоты вращения. В установившемся режиме при номинальной загрузке турбины Мдв = 1. При этом угловая скорость вращения ее должна быть ниже номинальной на величину, определяемую коэффи­ циентом статизма. Если величина последнего задана, то значение коэф­ фициента усиления золотника k3 определяется однозначно. Например, при статизме, равном 4%, со = 0,96, и из последнего равенства на­ ходим

—&30,04 + 1 = 0, т.е. ks = 25.

Использование вычислительной техники позволяет учесть и элект­ ромеханический переходный процесс в асинхронном двигателе, опре­ делив характер изменения его скорости во времени. Соответствующие уравнения двигателя во многом сходны с уже рассмотренными урав­ нениями синхронной машины. Отличие будет выражаться в том, что на роторе асинхронного двигателя отсутствует обмотка возбуждения и вследствие этого в магнитном отношении машина симметрична. Поэтому коэффициенты само- и взаимоиндукции по продольной и по­ перечной осям одинаковы.

Короткозамкнутая обмотка ротора принципиально описывается теми же уравнениями, что и демпферные контуры синхронной маши­

197

ны, однако вследствие того, что частота вращения вала двигателя меньше, чем угловая скорость вращения поля статора, в уравнениях напряжений ротора появляются э. д. с. вращения:

Для статорной цепи, при условии пренебрежения апериодической составляющей тока, справедливы следующие зависимости:

Uа -- /д Id-г

(4.25)

U q = rn І ч— Щ ч.

В выражениях (4.24) и (4.25) грр rf, фр q — проекции потокосцеплений ротора и статора на оси d, q соответственно; гр, гд — активные

где xc, Xp, xadK — коэффициенты самоиндукции цепей статора, ротора и взаимоиндукции между статором и ротором.

Следует обратить внимание на то обстоятельство, что в (4.25) знаки составляющих правой части равенства совпадают со знаками соответствующих составляющих статической нагрузки, поскольку асинхронный двигатель также является внешней нагрузкой по отно­ шению к питающему его генератору. То же относится в равной сте­ пени и к уравнениям потокосцеплений (4.26), где слагаемые, пропор­ циональные проекциям тока статора двигателя, положительны.

Изменение угловой скорости вращения приводного двигателя

198

вые части и после приведения подобных членов, с учетом двух первых равенств из (4.20), уравнения напряжений статорных цепей системы генератор—двигатель получим в следующей форме:

-- (Га+ Гд) h + l(Xq + XC) l q + + ХааЯІрд~ Х ад11д](й = 0.

При подготовке задачи к набору на АВМ или к программированию решения на ЦВМ дифференциальные уравнения должны быть разре­ шены относительно производных, т. е. система дифференциальных уравнений преобразуется к виду:

dxi

fl (-И’ *^2’ • **»Xn, f)y

~dt

dx2 f 2 (■И» • • ■1xn, t), (4.30) dt

dxji

f n (-''!> X2, ... , xn, t).

~dt

Правая, так называемая арифметическая, часть представляет собой совокупность функций только тех переменных, которые входят под знак производных левой части. Эти переменные условимся на­ зывать «известными» в отличие от «неизвестных», относительно кото­ рых производные отсутствуют. В нашем случае известными являются следующие переменные:

Ф/> Ф ій і Фід> А £ /у , (О, М д В, СГ, Ф>Р(ІІ фрд> ®р-

Остальные переменные Id, Iq, if , ipd, ipq и т. д. должны быть выражены через известные. Поэтому окончательно алгоритм, описы­ вающий поведение комплекса турбина—генератор—асинхронный дви­ гатель — исполнительный механизм, будет представлять собой сово­ купность алгебраической и дифференциальной систем уравнений. При составлении программы для ЦВМ в первую очередь необходимо предусмотреть решение алгебраической системы уравнений, которая

199

для нашего случая будет иметь вид:

AdA А ~Ь -^p *p9 : % r

<fyld =

Порядок действия ЦВМ, предписываемый программой при реше­ нии этой системы уравнений, следующий: необходимым условием является, как известно, задание начальных значений известных

200

Г Л А В А 5

Элементы оборудования распределительных устройств судовых электрических станций

§ 5 1. ШИНЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И СИЛОВЫЕ КАБЕЛИ

Шины распределительных устройств служат для сбора и распреде­ ления электрической энергии; их применяют также для присоедине­ ния к сборным шинам генераторов, трансформаторов и аппаратов и для соединения их между собой. Обычно в качестве шин приме­ няют голые (неизолированные) проводники.

В береговых установках распространены более дешевые — алю­ миниевые, а в установках на небольшие токи — стальные шины, на судах же используют медные шины, довольно устойчивые к корро­ зии.

В установившемся режиме допустимый ток нагрузки на шины

(5.1)

Здесь k — коэффициент, учитывающий все виды теплоотдачи, вт/м2°С; F — поверхность охлаждения, м3;

Допустимый ток, таким образом, зависит от ряда рассматривае­ мых ниже факторов.

Окраска шин повышает допустимую нагрузку примерно на 15%. Объясняется это тем, что около 40% тепла отдается с поверхности шин путем лучеиспускания, а краски имеют постоянную лучеиспу­ скания в, в полтора—два раза большую, чем неокрашенные окисленные поверхности, и в четыре—десять раз большую, чем поверхности полированные.

Окраска шин, кроме того, облегчает ориентировку персонала. В судовых установках следует окрашивать шины: фазы А — в зе­ леный, фазы В — в желтый и фазы С — в фиолетовый цвета [30,

5.2. 2.8].

Форма сечения шин существенно влияет на величину поверхности охлаждения и, следовательно, на .допустимый ток нагрузки. При той же площади поперечного сечения шина прямоугольного сечения всег­ да имеет большую поверхность охлаждения, чем шина сплошного круг-

202

лого сечения, и разница тем больше, чем тоньше шина. Кроме того, при той же площади сечения поверхностный эффект и, значит, актив­ ное сопротивление у шины прямоугольного сечения меньше.

Расположение шин несколько влияет на величину допустимого тока, так как от него зависит теплоотдача путем конвекции. Допу­ стимая нагрузка на шины, расположенные плашмя, на 5—8% меньше допустимой нагрузки при расположении на ребро.

Число полос шин на фазу (полюс) сказывается на величине допу­ стимого тока вследствие ухудшения условий охлаждения каждой из шин в пакете. В установке переменного тока допустимый ток на пакет шин дополнительно снижается из-за эффекта близости, при­ рода которого та же, что и поверхностного эффекта, но обусловливает­ ся магнитными полями соседних полос (потоком взаимоиндукции). Вытеснение тока из средних полос пакета в результате эффекта бли­ зости ухудшает использование металла шин. Поэтому обычно в уста­ новках переменного тока включают в пакет не более двух-трех полос. При токах, требующих большего числа полос, применяют шины, образующие в сечении полый, почти замкнутый квадрат (коробчатое сечение).

венно влияют на величину допустимого тока нагрузки.

В судовых установках температуру окружающей среды в соответ­

При покрытии же медных шин в месте контакта слоем полуды или кадмия Регистр СССР допускает нагрев контактов шин до 100° С, а при серебрении — до 120° С.

Следует заметить, что фактическая температура внутри распре­ делительного щита Ѳфакт, особенно брызгозащищенного и водозащи­ щенного исполнений, бывает больше 40° С, и тогда допустимый ток нагрузки /ѳ определяют расчетом по формуле

(5.2)

где / 40 — допустимый ток нагрузки шины при Ѳсреды = 40° С. Выбор сборных шин распределительного устройства включает в себя определение наибольшего длительного тока нагрузки на шины,

выбор сечения шин и проверку шин на динамическую и термическую устойчивость, возможность появления механического резонанса.

Наибольший ток определяют исходя из фактического распределе­ ния нагрузки вдоль шин в проектируемой установке с учетом коэффи­ циента одновременности работы потребителей. При этом выбирается наиболее тяжелый режим работы установки. На мощных установках учитывают изменение рабочего тока по длине сборных шин.

Определив максимальный длительный ток нагрузки / н. макс, сече­ ние шин выбирают по справочным данным.

203

Необходимо, чтобы было соблюдено условие

^н.макс ^ ^доп-

При работе шин в условиях среды с температурой, отличающейся от принятой при составлении таблиц, прибегают к формуле (5.2).

Проверка шин на динамическую устойчивость (механическую проч­ ность) при к. з. производится исходя из допущения, что шину каждой фазы (полюса) можно рассматривать как многопролетную, равномерно

hСвободное расположение шин на изоляторах, кроме среднего, при­

Именяют для предотвращения де­ формации шин при их удлинении в результате нагревания.

М - - Fпрел1нм.

8

Максимальное напряжение в материале шины определится из из­ вестного выражения

сг = -^-НІМ2,

W

204

ми, для питания двигателей, обеспечивающих работу агрегатов элект­ рической станции, и для выводов к потребителям или для их непосред­ ственного питания.

В судовых установках в качестве силовых кабелей наибольшее распространение, как известно, получили кабели КНРП, КНРЭ, КНР с медными жилами и резиновой негорючей оболочкой [30,

табл. 2.13.2.3—1].

Применение силовых кабелей определяется следующими качест­ вами.

Выбор марки кабеля по тем условиям, в которых кабелю надлежит работать. При выборе числа жил кабеля считаются с тем, что магнит­ ный поток одножильного кабеля в установках переменного тока вызы­ вает потери в металлической оболочке и броне кабелей от вихревых токов и гистерезиса, которые увеличивают нагрев изоляции кабеля. На судах вихревые токи нагревают также металлические переборки и палубы судна.

Передача трехфазного тока осуществляется, как правило, трех­ жильными, а в установках с нулевым проводом — четырехжильными кабелями, суммарный магнитный поток которых равен нулю. Переда­ ча однофазного тока должна осуществляться двухжильными кабелями.

Выбор кабеля по напряжению сводится к сопоставлению номиналь­ ного напряжения установки £/уст. ном с номинальным напряжением кабеля Нкаб ном.

Должно быть П уст, ном ^ ^ к а б . ном- Возможное превышение на 10—15% рабочего напряжения над номинальным неопасно, так как изоляция кабеля на это рассчитана.

Выбор сечения кабеля s по длительному току нагрузки произво­

никам, расположенные вблизи от сборных шин, практически нет необ­ ходимости проверять на потерю напряжения.

206